Introdução
A oxidação anódica é um processo de oxidação eletroquímica para metais ou ligas, comumente envolvendo o uso de um artigo de metal ou liga como ânodo em uma solução eletrolítica para formar um filme de óxido, alterando assim o estado da superfície e as propriedades do metal. Esta técnica é aplicada principalmente ao tratamento de superfície de alumínio, magnésio, titânio e suas ligas, aumentando a resistência à corrosão, resistência ao desgaste e estética. Além disso, pode ser usada para a preparação de materiais de eletrodos, dispositivos semicondutores e células solares, entre outros.
Classificação
A oxidação anódica, uma técnica comum de tratamento de superfícies metálicas, é frequentemente usada para a proteção e decoração de ligas de alumínio e ligas de magnésio. Com base em diferentes critérios de classificação, a oxidação anódica pode ser dividida em várias categorias:
- Por tipo de corrente: Oxidação anódica de corrente contínua, oxidação anódica de corrente alternada, oxidação anódica de corrente pulsada.
- Por eletrólito: Ácido sulfúrico, ácido oxálico, ácido crômico, ácido misto e oxidação anódica de coloração natural à base de ácido sulfônico.
- Por propriedade da camada de filme: filme normal, filme duro (filme espesso), filme cerâmico, camada decorativa brilhante, ação semicondutora etc. Entre eles, o mais comumente usado é a oxidação anódica de corrente contínua, que pode formar um filme de óxido uniforme e denso na superfície do alumínio, melhorando assim a resistência à corrosão e a resistência ao desgaste.
Mecanismo de formação de filme de óxido
O mecanismo de formação do filme de óxido envolve principalmente as seguintes etapas:
1. Reação anódica: Produtos de alumínio ou liga são usados como ânodo na solução eletrolítica, onde a eletrólise forma um filme de óxido na superfície, com o ânodo liberando oxigênio (incluindo oxigênio molecular, oxigênio atômico e oxigênio iônico), comumente representado como O₂. O alumínio que serve como ânodo é oxidado pelo oxigênio liberado, formando um filme de 氧化铝 hidratado.
2. Formação e dissolução do filme de óxido: A formação e dissolução do filme de óxido ocorrem simultaneamente. Nos estágios iniciais, a taxa de formação do filme é maior do que a taxa de dissolução, levando ao espessamento contínuo do filme. À medida que a espessura aumenta, a resistência cresce, diminuindo a taxa de formação do filme até que ela se iguale à taxa de dissolução, ponto em que o filme atinge uma certa espessura.
3. Papel do eletrólito: O ácido (como ácido sulfúrico) na solução eletrolítica atua para dissolver o filme de óxido. As reações de formação e dissolução do filme continuam indefinidamente até atingir um estado equilibrado.
4. Outros fatores: A espessura e a qualidade do filme são influenciadas por fatores como densidade de corrente, voltagem, temperatura e tempo. Diferentes processos podem levar a diferenças na espessura, estrutura e propriedades do filme de óxido. É importante notar que o processo de formação do filme de óxido é um processo químico complexo, e a pesquisa sobre seus mecanismos específicos está em andamento.
Fluxo de processo
1. Desengordurante: Remove graxa e sujeira da superfície, garantindo a qualidade da película de óxido.
2. Ataque alcalino: remove ainda mais impurezas da superfície, tornando-a microscopicamente áspera, o que melhora a aderência da película de óxido.
3. Polimento: remove manchas superficiais, deixando a superfície do substrato mais lisa.
4. Oxidação anódica: Forma uma película de óxido no substrato, proporcionando proteção e decoração.
5. Vedação: Sela os poros da película de óxido, melhorando sua resistência à corrosão e ao desgaste.
Fatores de influência
Os seguintes fatores influenciam o resultado da oxidação anódica:
1. Eletrólito:
- Tipo: Diferentes eletrólitos resultam em diferentes propriedades do filme de óxido, como maior dureza com eletrólito de ácido sulfúrico.
- Concentração: afeta a taxa de crescimento e a qualidade do filme de óxido.
2. Voltagem:
- Magnitude: Determina a taxa de crescimento e a espessura do filme de óxido; voltagem excessiva ou muito baixa pode resultar em filmes não uniformes ou de baixa qualidade.
3. Tempo:
- Duração: Afeta a espessura do filme de óxido; tempos mais longos podem levar a filmes mais espessos, mas tempo excessivo pode reduzir o desempenho do filme. Esses fatores são inter-relacionados e exigem controle cuidadoso para atingir os efeitos de oxidação anódica desejados.
Cor do filme de óxido anódico
A cor do filme de óxido anódico pode ser influenciada por:
1. Coloração natural: Sob condições específicas de eletrólito e processo, o próprio filme de óxido pode exibir uma determinada cor.
Coloração eletrolítica: O produto após a oxidação anódica é colocado em um eletrólito contendo sais metálicos para eletrólise, permitindo que íons metálicos entrem nos microporos do filme de óxido e fazendo com que ele mude de cor.
Coloração química: Corantes orgânicos ou inorgânicos são usados para colorir o filme de óxido, dando-lhe uma cor específica.
Coloração de interferência: utiliza o princípio da interferência da luz para produzir cor no filme de óxido.
Geralmente, o envelhecimento natural e a coloração química são usados para obter cores específicas.
Espessura do filme de óxido anódico
A espessura dos óxidos anódicos geralmente se enquadra nas seguintes categorias:
1. Película fina de óxido: normalmente com menos de 5 micrômetros de espessura.
2. Película de óxido de espessura média: varia de 5 a 25 micrômetros de espessura.
3. Película de óxido espessa: Mais de 25 micrômetros de espessura.
Em aplicações práticas, a espessura do filme de óxido é escolhida com base em requisitos específicos e necessidades do produto.
Para obter diferentes espessuras de filmes de óxido anódico, os seguintes métodos podem ser usados para ajuste:
1. Ajuste o tempo de oxidação: aumentar o tempo de oxidação permite que o filme de óxido engrosse gradualmente.
2. Alterar a densidade de corrente: Aumentar ou diminuir adequadamente a densidade de corrente afetará a taxa de crescimento e a espessura do filme de óxido.
3. Controle a temperatura do eletrólito: mudanças de temperatura afetam as taxas de reação e, portanto, a espessura do filme de óxido.
4. Altere a fórmula do eletrólito: diferentes fórmulas de eletrólitos podem levar a diferentes taxas de crescimento do filme de óxido.
Teste de espessura de filme de óxido anódico
Os métodos de teste incluem:
1. Inspeção visual: observação visual da cor, uniformidade e defeitos do filme.
2. Medição de espessura: Use um medidor de espessura para medir a espessura do filme.
3. Teste de microdureza: Determinação da dureza do filme.
4. Teste de resistência à corrosão: Avaliação da resistência à corrosão do filme por meio de testes de imersão, testes de névoa salina, etc.
Padrões:
1. GB/T 5237.2-2017 "Perfis de construção de alumínio e liga de alumínio - Parte 2: Perfis anodizados": Esta norma define requisitos e métodos de teste para perfis anodizados.
2. ISO 520854 "Película de óxido anódico para alumínio e ligas de alumínio": Normas internacionais referem-se ao desempenho de películas de óxido anódico.
Perspectivas futuras da oxidação anódica
1. Ampla faixa de aplicação: A tecnologia de oxidação anódica é amplamente utilizada em muitos campos, como aeroespacial, automotivo, eletrônico, construção, etc. Com o desenvolvimento dessas indústrias, a demanda por produtos de oxidação anódica continuará a aumentar.
2. Vantagens de desempenho: Os filmes de óxido anódico têm excelente resistência à corrosão, resistência ao desgaste e propriedades decorativas, atendendo aos requisitos de desempenho de diferentes produtos.
3. Progresso tecnológico: Com a inovação e melhoria contínuas da tecnologia, os processos de oxidação anódica se tornarão mais eficientes e ecológicos, expandindo ainda mais sua gama de aplicações.
4. Tendência ambiental verde: tecnologias de tratamento de superfície ecologicamente corretas são cada vez mais valorizadas e, como um processo ecologicamente correto, a oxidação anódica atenderá melhor às necessidades do mercado.